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    今天，隨著對工業(yè)自動化的要求越來越高，以及大量控制設備和過程監(jiān)控裝置之間通信的需要，"監(jiān)控和數據采集系統(tǒng)"越來越受到用戶的重視。在動力系統(tǒng)方面，以柴油發(fā)電機組作為應急備用電源的發(fā)電廠，在工廠、礦山、高層建筑、醫(yī)院、郵電、賓館、銀行等許多部門都得到了廣泛的應用。為了提高供電質量和供電可靠性，改善操作人員的工作條件，減少維護運行人員，備用發(fā)電站迫切要求實現自動化運行和管理。該監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)視主機（包括通信板）和若干現場的從站（正航A3）組成。實現發(fā)電機組的數據采集、報警、存儲、備份等服務。本文主要介紹下位機A3的系統(tǒng)原理。
 
2 系統(tǒng)的總體設計

    結合生產實際的需要，考慮該發(fā)電機組的自動化系統(tǒng)由5大功能部件組成（系統(tǒng)的硬件圖如圖1所示）。
    （1） 發(fā)電機組的自動啟動和自動停機; 
    （2） 工程市電和機電的自動切換;
    （3） 發(fā)電機組電壓和頻率的自動調節(jié);
    （4） 發(fā)電機組故障自動檢測，報警和故障處理; 
    （5） 發(fā)電機組電壓、電流、頻率、有功功率、啟動電池電壓等電量參數的自動調節(jié)。
 
3 系統(tǒng)組成

    3.1 A3系統(tǒng)PLC的特性和特點
    正航A3系列可編程控制器，性價比高，硬件配置齊全，它的特點與性能如下: 
    （1）機內有高速計數器，可同時輸入三路高速脈沖，并可輸出頻率和脈寬可調的高速脈沖信號。
    （2）具有21個中斷源的中斷優(yōu)先管理，并配有RS485接口，可實現PLC 與PC機之間的遠程通訊，便于上位機監(jiān)控和聯網。
    （3）具有結構緊湊、組裝靈活、編程簡單，抗干擾能力強、可靠性高等特點。 
    由此可見，它非常適用于工業(yè)控制中小型自動控制系統(tǒng)。經分析，決定采用A3系列可編程控制器作為發(fā)電機組自動控制系統(tǒng)的核心部件。
 
    3.2 PLC 配置及I/O的分配和功能 
    經過分析，本系統(tǒng)采用10個開關量輸入，10個開關量輸出和3個模擬量輸入，即可滿足系統(tǒng)控制需求，因此——PLC配置如下: 
    CPU模塊：A3-C2405DT
    AI模塊：  A3-AI0401LA
 
    I/O的分配和功能如下: 
    開關量輸入: 
    IO.0:輸入中斷 （配合脈寬調制使用） 
    IO.1:方式選擇 （0-遠程控制 1-自動） 
    IO.2:市電檢測 （0-無市電 1-有市電） 
    IO.3:機電檢測 （0-無機電 1-有機電） 
    IO.4:油壓低 （0-油壓正常 1-油壓偏低）
    IO.5:油水溫高 （0-油水溫正常 1-油水溫偏高） 
    IO.6:高速計數器HSCI （利用高速計數器檢測啟動電池電壓） 
    IO.7:緊急停車 （0-非緊急停車狀態(tài) 1-緊急停車狀態(tài)） 
    IO.0:復位 （1-手動復位）
    （利用高速計數器檢測轉速）
 
    開關量輸入:
    Q0.0:高速脈沖輸出 （通過控制直流電磁鐵調節(jié)轉速） 
    Q0.1:停機 （1-停機電磁閥動作）
    Q0.2:啟動 （1-啟動馬達動作） 
    Q0.3:市電合閘 （1-市電主開關動作）
    Q0.4:機電合閘 （1-機電主開關動作）
    Q0.5:三啟失敗 （1-三啟失敗信號燈亮）
    Q0.6:機組故障 （1-機組故障信號燈亮） 

[NextPage] 
    Q0.7:警鈴 （1-警鈴響） 
    Q1.0:自動強激磁 （1-強激磁繼電器動作） 
    Q1.1:冷啟動自動輔助 （1-冷啟動輔助裝置電磁閥動作）
 
    模擬量輸入: 
    AIWO:母線電壓 
    AIW2:母線電流 
    AIW4:負載功率
 
4 系統(tǒng)實現

    發(fā)電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)由機組自動啟停控制，轉速自動調節(jié)，電量參數自動檢測，故障自動檢測等功能模塊組成。

    4.1 制動啟?？刂?nbsp;
    本功能模塊是根據各開關量的輸入狀態(tài)，自動控制機組的啟動、停止和機電與市電的相互切換。這主要屬于順序控制具有較強的邏輯控制。用A3實現簡易而可靠。 

    4.2 轉速調節(jié)
    油機轉速調節(jié)是通過CPU中高速脈沖輸出脈寬調制（PWM）功能調節(jié)可控直流電磁鐵控制柴油機油門開度來實現的。用CPU實現轉速調節(jié)方法如下:轉速信號由安裝在柴油機上磁電式傳感器獲得，CPU通過高速計數器測量油機轉速，測得轉速信號送入PID調節(jié)器，將調節(jié)器輸出的數字量轉換為脈沖寬度的時間量，再通過CPU中的脈寬可調的高速脈沖輸出（QO，0），經過功率驅動器控制可控制直流電磁鐵調節(jié)緊油機門開度大小，從而實現對油機轉速的調節(jié)。
 
    本系統(tǒng)屬于反饋控制和精確的數字控制，涉及到一些控制算法問題。
    在CPU中，方法實現了一種轉速控制的PID調節(jié)器。PID的模擬表達式: M（t）=KC（1+1/Ti＊fe（t）dt+Td＊de（t）/de（t））
 
    在CPU中，微公和積分采用如下公式:
    微分運算:[新差值E（n）-舊差值E（n-1）]÷控制周期TC 
    積分運算:[舊差值E（n-1）+新差值E（n）]×控制TO÷2
    轉速-與轉速傳感器頻率關系的計算公式如下: 
    f————轉速傳感器信號頻率
    n————轉速（轉/分）
    z————傳感齒輪齒數
 
    為更好的實現全程調速我們采用分程PID限幅 
    怠速時間:轉速設定值 VW108=192 
    最小輸出值 VW126=180 
    最大輸出值 VW124=420 
    高速期間:轉速設定值 VW108=VW212（由模擬電位器設定）
    最小輸出值 VW126=420
    最大輸出值 VW124=995
 
    本系統(tǒng)中:n=1500r/mln z=128齒 
    這樣f>3200Hz，故采用7kHz的高速計數器HSC2測量轉速。停機時，將轉速設定值和網緩沖器全部置0。輸出限制在VW106=5上，以使PWM能夠連續(xù)工作。同時使Q0.1=1，停機磁閥動作，切斷油路達到停機目的。